JP3714118B2 - 電子部品の熱圧着装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品や基板などのワークを熱圧着する電子部品の熱圧着装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電子部品を基板などのワークに接合する方法として、熱圧着による方法が知られている。この方法は、電子部品をワークの被接合面に対して所定の荷重で押圧しながら電子部品を加熱することにより、電子部品を半田付けもしくは熱硬化性接着剤により接合するものである。電子部品の加熱は電子部品に当接して加圧する熱圧着ツールをセラミックヒータなどの発熱手段によって加熱して行われるが、熱圧着装置の機構部が発熱手段から伝達される熱によって昇温すると機構部の熱変形により圧着位置精度に悪影響を及ぼすため、熱圧着装置には発熱手段と機構部との間に断熱材を介在させるなどの方法による断熱手段が設けられている。
【0003】
また熱圧着過程では、接合品質を確保するため接合部の加熱温度を所定の温度パターン、すなわち加熱プロファイルに従って精度良く制御することが求められる。このため熱圧着装置は、従来より発熱手段を制御する温調機能を備えている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
近年は、実装技術の高度化・多様化により、急激な昇温・降温を伴う加熱パターンで行う場合が増加しており、熱圧着装置には昇温・降温時の良好な応答性が求められる。しかしながら、昇温時には温調機能によって発熱手段を制御することによって短時間の昇温が達成されるが、前述のように発熱手段は機構部などの他の部分から断熱されていることから、温調機能のみでは急速な降温は困難であった。このように従来の熱圧着装置は、断熱性能を満足しつつ良好な温度応答性を確保することが困難で、高品質の接合を短いサイクルタイムで効率よく行うことが困難であるという問題点があった。
【0005】
そこで本発明は、良好な断熱性能を備え、降温時の応答性に優れサイクルタイムを短縮
することができる電子部品の熱圧着装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の電子部品の熱圧着装置は、電子部品をワークに対して押圧しながら加熱することにより電子部品を前記ワークに熱圧着する電子部品の熱圧着装置であって、ワークに対して昇降する昇降ブロックと、この昇降ブロックに通気性を有する多孔質部材を介して装着された発熱手段と、この発熱手段に接触して取付けられ前記電子部品に当接してこの電子部品を前記ワークに熱圧着する熱圧着ツールと、前記多孔質部材を貫通して形成された通気孔を介して気体を送給することにより発熱手段を気体により冷却する空冷手段と、前記多孔質部材の貫通孔に挿通されて真空吸引部により真空吸引されて電子部品を前記熱圧着ツールの下面に真空吸着して保持するための管部材とを備えた。
【0008】
本発明によれば、昇降ブロックに通気性を有する多孔質部材を介して装着された発熱手段を、多孔質部材を貫通して形成された通気孔を介して気体を送給して冷却することにより、良好な断熱性能を確保しながら降温時の温度応答性を改善してサイクルタイムを短縮することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施の形態の電子部品の熱圧着装置の正面図、図2、図3は本発明の一実施の形態の電子部品の熱圧着装置の熱圧着ヘッドの断面図、図4は本発明の一実施の形態の電子部品の熱圧着装置の熱圧着ヘッドの分解斜視図である。
【0010】
まず図1を参照してワークの熱圧着装置の構造を説明する。図1において、可動テーブル1上にはステージ2が設けられている。ステージ2には第1のワークである基板4の保持部3が載置されている。可動テーブル1を駆動することにより、保持部3に保持された基板4は水平移動する。
【0011】
可動テーブル1の上方には、Z軸テーブル6が配設されており、Z軸テーブル6には昇降ブロック7が結合されている。昇降ブロック7の下端部には熱圧着ヘッド8が装着されており、熱圧着ヘッド8の下面には電子部品10が真空吸着されている。Z軸テーブル6を駆動することにより、昇降ブロック7は基板4に対し昇降し、熱圧着ヘッド8に真空吸着された電子部品10は、保持部3上の基板4に対して下降する。そして電子部品10を基板4に対して所定の荷重で押圧しながら電子部品10を加熱することにより、電子部品10の半田バンプ10aは基板4の電極4aに熱圧着により半田接合される。
【0012】
次に図2、図3および図4を参照して熱圧着ヘッド8の構造を説明する。図2は、熱圧着ヘッド8の中心を幅方向(図4に示すX方向)に横断する垂直断面を示しており、また図3は図2に示す断面に直交する方向(図4に示すY方向)の熱圧着ヘッド8の垂直断面を示すものである。図2において、昇降ブロック7の下面には、断熱材よりなるスペーサ11を介して、多孔質部材12および発熱手段であるセラミックヒータ13が、重ね合わされた状態でボルト15により固着されている(図4も参照)。ボルト15はスペーサ11、多孔質部材12およびセラミックヒータ13のそれぞれに設けられた取り付け孔11c,12e,13cを挿通して昇降ブロック7のボルト孔7cに螺合する。
【0013】
昇降ブロック7の下面(転置状態を示す図4において上面)には、吸引孔7a,7bが開口しており、吸引孔7aは、昇降ブロック7の内部に設けられた内孔25に、吸引孔7bは内孔26にそれぞれ連通している。内孔25,26は図2、図3に示すようにそれぞれバルブ21a,21bを介して真空吸引部21と接続されている。
【0014】
昇降ブロック7の下面に当接するスペーサ11には、開口部11aおよび貫通孔11bが設けられている。開口部11aは、昇降ブロック7と多孔質部材12に挟まれた状態で内部空間Sを形成する。貫通孔11bは、昇降ブロック7の吸引孔7bと連通する。
【0015】
多孔質部材12は、セラミック焼結体など微細な気孔を含み通気性を有する材質よりなり、3種類の貫通孔12a,12b,12cが上下方向に設けられている。中心に位置する貫通孔12a、貫通孔12aのY方向の両側に位置する貫通孔12b内には、それぞれ管部材16,17が挿通している。管部材16,17はそれぞれ昇降ブロック7の吸引孔7a,7bと連通する。貫通孔12cは貫通孔12aのX方向の両側に位置し、多孔質部材12のセラミックヒータ13との接触面には、貫通孔12cから多孔質部材12の側端面に開口する溝部12dが形成されている。
【0016】
セラミックヒータ13は、供給される電力にほぼ比例した熱を発生し、制御手段(図示せず)により設定された加熱パターンに従って給電することにより、昇温・降温を繰り返す。セラミックヒータ13の下面(図4において上面)には、吸引孔13aおよび吸引溝13bが設けられており、吸引孔13aは多孔質部材12の貫通孔12a内を挿通する管部材16と連通する。また吸引溝13bは管通孔12b内を挿通する管部材17と連通する。
【0017】
セラミックヒータ13の下面に接触して、熱圧着ツール14が着脱自在に装着されている。熱圧着ツール14には吸着孔14aが設けられており、熱圧着ツール14をセラミックヒータ13に装着した状態では、吸着孔14aは吸引孔13aと連通する。
【0018】
図3に示すバルブ21bを開にして真空吸引部21を駆動することにより、内孔26、管部材17を介して吸引溝13bから真空吸引し、熱圧着ツール14をセラミックヒータ13の下面に吸着保持することができる。このとき熱圧着ツール14は、位置決めピンなどの図示しない位置合わせ手段によってセラミックヒータに対して位置合わせされる。
【0019】
また図2に示すバルブ21aを開にして真空吸引部21を駆動して真空吸引を行うことにより、内孔25、管部材16、吸引孔13aを介して吸着孔14aから真空吸引し、電子部品10を真空吸着して熱圧着ツール14の下面に保持する。なお、本実施の形態では熱圧着ツール14をセラミックヒータ13と別個に設けているが、セラミックヒータ13に熱圧着ツール14を兼務させ、一体物として製作してもよい。
【0020】
図2において、昇降ブロック7に設けられた給気孔20の下端は、昇降ブロック7の下面の、スペーサ11の開口部11aと多孔質部材12との間の空間Sに開口している。給気孔20にはバルブ22を介してエア供給源23が接続されている。バルブ22を介してエアを給気孔20に供給すると、エアは空間S内に充満した後に、多孔質部材12に設けられた貫通孔12cを介してセラミックヒータ13の上面に到達し、溝部12dを介して多孔質部材12の側端部から放出される。また空間S内に到達したエアの一部は多孔質部材12の微細孔内に入り込み、多孔質部材12内を横方向に透過して放散される。
【0021】
このとき、溝部12dから外部に放出されるエアはセラミックヒータ13の上面から直接熱を奪い、セラミックヒータ13を冷却する。また多孔質部材12内を透過するエアは多孔質部材12から熱を奪い、多孔質部材12と接触状態にあるセラミックヒータ13を冷却する。したがってエア供給源23および溝部12dは、多孔質部材12を貫通して形成された通気孔である貫通孔12bを介して気体を送給することによりセラミックヒータ13を気体により冷却する空冷手段となっている。なお、冷却用の気体としては、窒素などのエア以外の気体を用いてもよい。
【0022】
このように、多孔質部材12内を貫通して供給されるエアによってセラミックヒータ13が冷却されることにより、セラミックヒータ13の通電を停止または給電量を少なくすると、セラミックヒータ13の温度は応答性よく降温する。すなわち、多孔質部材12にセラミックヒータ13を取り付け、多孔質部材12を貫通して冷却用のエアを直接セラミックヒータ13に供給する構造を採用することにより、従来では困難であった降温時の応答性向上を実現することができる。
【0023】
また、多孔質部材12は内部を透過するエアによって冷却されると共に、溝部12dの存在によりセラミックヒータ13との接触面積が小さくなっていることから、セラミックヒータ13から昇降ブロック7に伝達される熱量はわずかで断熱性に優れており、昇降ブロック7を介して熱が伝達されることによる機構部の昇温を防止することができる。これにより、機構部の熱変形による実装位置精度の低下を防止して、高精度の実装が行える。
【0024】
このワークの熱圧着装置は上記のように構成され、以下動作について説明する。まず図1において、熱圧着ヘッド8により図外の電子部品の供給部から電子部品10をピックアップするとともに、基板4を保持部3に載置する。このとき、真空吸引部21を駆動することにより、電子部品10は熱圧着ツール14に真空吸着されている。次に可動テーブル1を駆動して基板4を水平移動させ、基板4と電子部品10とを位置合せする。
【0025】
次いでZ軸テーブル6を駆動して熱圧着ヘッド8を下降させて電子部品10を基板4に当接させ、電子部品10を所定荷重にて基板4に押圧する。この押圧動作とともに、セラミックヒータ13に通電し発熱させて熱圧着ツール14を介して電子部品10を加熱する。これにより、電子部品10と基板4の電極4aの接合部は加熱パターンに従って昇温し、所定温度に到達することにより半田バンプ10aが溶融して熱圧着による半田接合が行われる。その後所定の温度プロファイルに従って冷却され、電子部品10の基板4への熱圧着が完了する。
【0026】
この冷却過程においては、バルブ22を開状態にしエア供給源23を駆動して内孔20より空間S内にエアが送給される。これによりエアが多孔質部材12に設けられた貫通孔12bを介してセラミックヒータ13の上面に到達し、溝部12dから外部へ放出される。これにより、セラミックヒータ13はエアの空冷効果により冷却される。
【0027】
また熱圧着動作を反復する過程において、セラミックヒータ13から発生する熱によって多孔質部材12の温度は次第に上昇するが、上述の空間Sへのエアの送給によりエアが多孔質部材12の気孔内へ進入し外部へ透過することにより、多孔質部材12を冷却する。これにより多孔質部材12の温度上昇が防止され、この熱が昇降ブロック7に伝わることによる機構部の熱変形が発生しない。
【0028】
上記説明したように、多孔質部材12にセラミックヒータ13を取り付け、多孔質部材12を貫通して冷却用のエアを直接セラミックヒータ13に供給する構造を採用することにより、セラミックヒータ13から昇降ブロック7への熱伝達を遮断することができるとともに、従来では困難であった降温時の温度応答性向上を実現することができる。
【0029】
【発明の効果】
本発明によれば、昇降ブロックに通気性を有する多孔質部材を介して装着された発熱手段を、多孔質部材を貫通して形成された通気孔を介して気体を送給して冷却するようにしたので、良好な断熱性能を確保しながら降温時の温度応答性を改善してサイクルタイムを短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の電子部品の熱圧着装置の正面図
【図2】本発明の一実施の形態の電子部品の熱圧着装置の熱圧着ヘッドの断面図
【図3】本発明の一実施の形態の電子部品の熱圧着装置の熱圧着ヘッドの断面図
【図4】本発明の一実施の形態の電子部品の熱圧着装置の熱圧着ヘッドの分解斜視図
【符号の説明】
3 保持部
4 基板
7 昇降ブロック
8 熱圧着ヘッド
10 電子部品
11 スペーサ
12 多孔質部材
12b 貫通孔
12d 溝部
13 セラミックヒータ
14 熱圧着ツール
22 バルブ
23 エア供給源
Claims (1)
- 電子部品をワークに対して押圧しながら加熱することにより電子部品を前記ワークに熱圧着する電子部品の熱圧着装置であって、ワークに対して昇降する昇降ブロックと、この昇降ブロックに通気性を有する多孔質部材を介して装着された発熱手段と、この発熱手段に接触して取付けられ前記電子部品に当接してこの電子部品を前記ワークに熱圧着する熱圧着ツールと、前記多孔質部材を貫通して形成された通気孔を介して気体を送給することにより発熱手段を気体により冷却する空冷手段と、前記多孔質部材の貫通孔に挿通されて真空吸引部により真空吸引されて電子部品を前記熱圧着ツールの下面に真空吸着して保持するための管部材とを備えたことを特徴とする電子部品の熱圧着装置。
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